[发明专利]一种耐碱耐热的木聚糖酶及其应用

说明书

本发明从蘑菇堆肥中筛选到的一株高温链霉菌B6，利用分子生物学和基因工程的方法从中克隆表达了具高木聚糖水解活性的糖苷水解酶11和10家族的木聚糖酶(XynST11和XynST10),并研究了该酶的理化性质和产物组成。实验结果表明两种酶在pH、温度、大部分金属离子和化学试剂等方面都表现出较强的抗性。此外，评价了XynST10和XynST11在粘胶纤维碱提废液(HCAWS)生产XOs中的应用，XynST11具有很高的开发潜力，为利用粘胶碱提废液生产木寡糖奠定了基础。

技术领域

本发明属于生物技术领域，尤其涉及一种碱性耐热的木聚糖酶及其应用。

背景技术

随着地球不可再生资源的日益消耗，寻找能被有效利用的可再生资源已迫在眉睫。木质纤维素是地球上含量最丰富的可再生多糖类资源，解决好如何有效利用木质纤维素的问题对经济社会的可持续发展具有重要意义。

木聚糖是一种多聚五碳糖，在自然界中广泛存在，是植物细胞壁半纤维素的重要组成部分，是排在纤维素之后的第二丰富的碳水化合物,约占地球上可再利用有机碳的三分之一。其主链主要由β-1,4-糖苷键连接的β-D-吡喃型木糖残基聚合而成。

木聚糖酶广泛分布在细菌，藻类，植物等生物中。目前报道的木聚糖酶大都属于糖苷水解酶10家族(GH10)和11家族(GH11)。木聚糖经过木聚糖酶催化水解生产的初始产物为木寡糖。木寡糖(XOs)又称低聚木糖，是指具有2-7个木糖分子以β-1,4-糖苷键结合而成的功能性低聚糖。木寡糖有改善肠道微生物菌群平衡的作用，在食品，医药，饲料等方面均有应用。低聚木糖生产主要是以富含木聚糖的木质纤维素为原料，如玉米芯、棉籽壳、蔗渣和秸秆等，经过酶法或化学法降解。相比于化学法，酶解法耗能低、无污染、特异性强、易于控制水解速度及程度，是当前作为低聚木糖生产的优选方法。

玉米棒、甘蔗渣等农业废弃物被用作XOs生产的原料；然而近年来，由于玉米棒数量有限，XOs的生产成本有所上升。目前粘胶纤维生产中使用的木质纤维素材料很多，其中大部分半纤维素成分都是通过碱法浸出得到高纯纤维素。生成的碱性压榨碱液回收后，半纤维素保留在剩余的碱性废水中。粘胶纤维碱提废液(HCAWS)的排放不仅是一种生物质资源的浪费，而且会对环境造成污染。在HCAWS中开发一种可行的以木聚糖为原料生产XOs的生物工艺，不仅可以实现其资源的利用，而且可以解决环境问题。但是，由于HCAWS是一种高盐碱性底物，因此水解HCAWS制备XOs缺乏有效的木聚糖酶。

发明内容

本发明从蘑菇堆肥中筛选到的一株高温链霉菌B6，利用分子生物学和基因工程的方法从中克隆表达了具高木聚糖水解活性糖苷水解酶11和10家族的木聚糖酶(XynST11和XynST10)，并研究了该酶的理化性质和产物组成。

一方面，本发明提供了一种耐碱耐热的木聚糖酶，所述木聚糖酶的氨基酸序列如SEQ ID No.3或SEQ ID No.1所示。

另一方面，本发明还提供了耐碱耐热的木聚糖酶的编码基因，优选的，所述基因的序列如SEQ ID No.4或SEQ ID No.2所示。

另一方面，本发明还提供了包含耐碱耐热的木聚糖酶的编码基因的重组载体，所述重组载体优选为重组表达载体，如pET系列的载体，例如pET-22b。

另一方面，本发明还提供了包含上述重组载体的重组菌株，优选的，所述重组菌株为大肠杆菌，如，大肠杆菌BL21，更优选的，如大肠杆菌BL21(DE3)star。

另一方面，本发明还提供了上述木聚糖酶或包含木聚糖酶的重组载体、重组菌株在以含有木聚糖的原料为底物制备低聚木糖中的应用。优选的，所述制备低聚木糖的温度为50℃-100℃，如，60℃、65℃、70℃、75℃、80℃、85℃、90℃或95℃；pH为5-12，如，pH为6、7、8、9、10或11。

优选的，所述含有木聚糖的原料为粘胶纤维碱提废液。